La oss snakke om kvante 2.0: hvorfor vi trenger å skjerpe språket vårt

Superposisjon, sammenfiltring og andre forvirrende fasetter av kvanteverdenen er nå drivkreftene bak ulike banebrytende teknologier. Mens "quantum 1.0" handlet om å avhøre mysteriene til Schrödingers bølgeligninger og sette opp smarte eksperimenter for å lukke smutthull i teorien, "quantum 2.0" setter de mest bisarre aspektene ved kvantefysikk til rutinearbeid. Kvantedatamaskiner basert på superposisjon, så vel som krypteringsenheter som er avhengige av sammenfiltring for langdistansekommunikasjon, er nå alt blir teknologisk levedyktig.

Men til tross for spirende vekst av kvanteteknologi, en ting som ikke har endret seg er det tungvinte og kontraintuitive språket vi bruker for å snakke om alt som er kvante. Selv om virkeligheten av sammenfiltring og superposisjon er hevet over enhver rimelig tvil, er det like irriterende som noen gang å beskrive dem med ord. Kvantefenomener er merkelig, men det betyr ikke at vi skal være fornøyd med merkelig språk for å beskrive dem.

Fra de aller første dagene av kvantemekanikken, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg og andre forsøkte å forstå denne nymotens ikke-klassiske fysikken til quantum 1.0. Kampen deres gjaldt et gap mellom hvordan vi snakker om fenomener og hvordan vi møter dem i laboratoriet. Det gapet ble skapt av det ufullkomne metaforiske språket som fortsatt i stor grad brukes til å karakterisere ikke-klassiske fenomener.

Selv om virkeligheten med sammenfiltring og superposisjon er hevet over enhver rimelig tvil, er det like irriterende som noen gang å beskrive dem med ord

Konseptet "sammenfiltring" kan ikke unngå å fremkalle to (eller flere) diskrete ting som er vevd sammen, men på en eller annen måte også adskilt, som sammenfiltrede nøster av garn. Når det gjelder "superposisjon", fremmaner det bildet av en sky av forskjellige tilstander rett før en ekstern årsak velger en tilstand, mens de andre forsvinner. Eller tenk på termer og uttrykk som "felt", "sti", "selvinterferens", "sammenbrudd av en bølgefunksjon" eller et "foton som velger å gå tilbake i tid". Det er et stort gap mellom det som blir avbildet og fenomenene de merker.

Språk teller

Fysikere har vanligvis et solid nok intuitivt grep om hva som skjer når de er fordypet i håndverket til at de vanligvis ikke er så plaget av disse begrepene, selv om de noen ganger fortsatt er et mysterium. I quantum 2.0, med sine snart vanlige enheter og fremtidige applikasjoner, bør vi imidlertid være forsiktige med hvordan vi bruker språket vi arvet fra quantum 1.0. Det er to grunner til det.

Den første er klarhet. Hvis forskere ikke enkelt kan beskrive hvordan disse enhetene og applikasjonene fungerer, får det enhetene til å virke mystiske og utenomjordiske. Uhyggelig og kontraintuitivt språk får også forskere til å virke som prester, salvede individer som forbinder med det hinsides. Hvis fysikere ikke kan sette ting på språk som andre forstår, betyr det at intet språk gir mening, eller fysikere kan ikke finne et som gjør det, eller de finner på ting. Dette oppmuntrer til slutt skepsis og vitenskapsfornektelse, samt aksept av vitenskapelig analfabetisme.

En annen grunn er praktisk. Å finne det riktige språket for kvanteeffekter kan bidra til å unngå forvirring i utviklingen av kvante 2.0-teknologier. Dårlige metaforer kan få visse typer enheter – kvantetelefoner, menneskelige teleporteringsenheter – til å virke mer fysisk plausible enn de er. På den annen side kan det å ta metaforer for bokstavelig – å hugge for tett opp til bildene de tryllet frem – vippe designeres tankegang i feil retning. Bedre bilder av det virkelige vil bidra til å planlegge bedre eksperimenter for å studere det.

Når fysikere og filosofer innser at de deler en edel sannhet

Ordet "forvikling", for eksempel, er en god måte å snakke om kvantefysikk på i visse områder når vi kan kaste oppførsel i form av partikler. Men vi kan ikke tenke på diskrete energitilstander i et felt for bokstavelig som partikkellignende; det vil si uavhengig av hverandre. For å gjøre det vil det kreve en mekanisme for deres avhengighet. Det vil igjen trenge andre metaforer, som at bølgefunksjonen kan "velge" sine tilstander, som igjen krever enten ikke-lokale effekter eller superluminal kommunikasjon.

Når det gjelder "superposisjon", er det også en metafor som fungerer i visse situasjoner, for eksempel de der det virker som om muligheter eksisterer samtidig. Men dette antyder at det er en slags "beholder av muligheter" - som et elektron i en potensiell brønn - som bare vises på kvanteskalaen. Dette innebærer igjen at kvantefenomener og klassiske fenomener er atskilt av en distinkt grense i stedet for av en gradsforskjell. Metaforen er derfor vanskelig å bruke på for eksempel makromolekyler, kvantevæsker eller kvantefluktuasjonene nær hendelseshorisonten til et sort hull, der de to blør inn i hverandre.

Det kritiske punktet

Bohr mente som kjent at vi ikke kan lage et bokstavelig bilde av kvantefenomener, som utgjør en tilsynelatende uoverkommelig hindring for presist språk. Men han mente ikke at vi skulle forlate forsøket på å skape et språk som vi virkelig og virkelig forstår som beskriver nøyaktig hva vi møter. Bohr strevde mektig med å skape et språk som forener det særegne ved kvantefenomener med det vanlige språket som brukes til å beskrive eksperimentelle situasjoner. Likevel er det ingen grunn til å tro at det er umulig å utvikle et språk som lykkes med å beskrive kvantefenomener.

Det er ingen grunn til å tro at det er umulig å utvikle et språk som lykkes med å beskrive kvantefenomener

QBism er ett forsøk. QBist språk kombinerer ressursene til Bayesiansk sannsynlighet og kvanteinformasjonsteori for å behandle forberedelse av kvantesystemer, ikke som å plukke ut bølgelignende eller partikkellignende ting, men å utarbeide en sannsynlighetsvurdering av måleresultater for brukeren. I stedet for å se for eksempel et foton med ukjent polarisering som å "ta et valg" om polarisasjonen når det blir skutt gjennom en kalsittkrystall, behandler QBist-tilnærmingen resultatet som "oppdateringer" i vår "informasjon om systemet".

Dette språket gir en enhetlig beskrivelse, men insisterer ikke på at fotonet er "partikkellignende" eller "bølgelignende". Ikke alle fysikere er fornøyd med QBism, og det er kanskje ikke den eneste tilnærmingen til å karakterisere kvantefenomener. Men ethvert alternativ til QBism må hjelpe oss med å se hva som egentlig er forvirrende med kvantemekanikk uten at vi blir sittende fast på tidligere karakteriseringer av gåtene. Hvis et slikt forsøk lykkes, er vi virkelig på terskelen til quantum 2.0.

Robert P Crease (klikk lenken nedenfor for full bio) er leder av Institutt for filosofi, Stony Brook University, USA. Jennifer Carter er foreleser i filosofi ved Stony Brook, hvor Gino Elia er ph.d.-student

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/lets-talk-about-quantum-2-0-why-we-need-to-sharpen-up-our-language/